قدم بلند دانشمندان در ساخت باتری‌های کوانتومی تازه/ ذخیره ۱۰۰۰ برابر انرژی زیاد تر با شارژ آنی در تنها یک ثانیه_صبح سریع

این باتری‌های تازه دارای یک لایه شیمیایی می باشند که می‌تواند انرژی تشکیل شده توسط یک لایه کوانتومی را در خود ذخیره کند و در کسری از زمان شارژ یا تخلیه شود. این باتری‌ها در صورت رسیدن به مرحله تجاری می‌توانند انقلابی را در صنعت ذخیره‌سازی انرژی تشکیل کنند.

باتری کوانتومی ساخته شده توسط پژوهشگران استرالیایی دانشگاه RMIT قادر است انرژی ذخیره‌ شده در این تجهیزات را با بهبود ۱۰۰۰ برابری همراه کند. این مقدار از نظر مقیاس وقتی با تحول از میکروثانیه به نانوثانیه برابری می‌کند که در نوع خود زیاد عالی و دلنشین به نظر می‌رسد. این چنین قابلیت شارژ آنی و در کسری از زمان این باتری نیز در نوع خود زیاد دلنشین است. با این حال، این دستاورد تا این مدت در مرحله آزمایشی قرار دارد و تا رساندن آن به مرحله تجاری و تشکیل زیاد به زمان بسیاری نیاز است. اما Daniel Tibben، دانشجوی دکترای دانشگاه RMIT و از پژوهشگران این تحقیق، نسبت به آینده این باتری‌ها زیاد امیدوار است.

او به تازگی در گفتگو با وب‌سایت Renew Economy اظهار کرده است: «با سیستمی که اکنون تشکیل کرده‌ایم، از نظر تئوری می‌توانیم به ذخیره انرژی تا یک ثانیه برسیم». بنا به حرف های محققین، مقصد از این مطرح، اثبات امکان افزودن یک لایه شیمیایی برای ذخیره انرژی تشکیل شده توسط لایه کوانتومی است که بدون آن انرژی بلافاصله شارژ و تخلیه می‌شود. در این تحقیق پنج مدل گوناگون برای پیاده‌سازی این لایه شیمیایی در نظر گرفته شد که در مدل چهارم تئوری آن به اثبات رسید.

برخلاف باتری‌های معمولی که به عکس العمل‌های شیمیایی وابسته‌اند، این باتری کوانتومی از مفهوم برهم نهی کوانتومی یا Quantum Superposition منفعت گیری می‌کند. در این مفهوم الکترون تا وقتی که اندازه‌گیری نشده می‌تواند همزمان در چند حالت گوناگون ترازی قرار بگیرد. باتری‌ها با منفعت گیری از این قابلیت از تعامل های بین الکترون‌ها و نور منفعت می‌برند تا به زمان شارژ سریع‌تری دست اشکار کنند.

در این مطالعه که نتایج آن در مجله PRX Energy انتشار شده، تیم تحقیقاتی آن بعد از ساخت پنج کاواک نوری گوناگون آن‌ها را مورد بازدید قرار دادند. این کاواک‌ها ساختارهایی اختصاصی می باشند که نور را بین چند سطح بازتابی محبوس می‌کنند. چهارمین مدل این کاواک‌های تشکیل شده کارکرد پیروزی‌آمیزی داشت و وقتی توانست بهترین کارکرد را در دسترس قرار دهد که دو سطح انرژی خاص به طور کامل هم ‌تراز شدند و امکان ذخیره‌سازی انرژی را فراهم کردند.

درون این کاواک‌، مولکول‌هایی با رنگ فلورسنت به نام رودامین 6G با فوتون‌ها تعامل می‌کنند و به شکل پولاریتون‌ها انرژی می‌گیرند. پولاریتون‌ها ذراتی می باشند که از نیمی نور و نیمی ماده راه اندازی شده‌اند و در واقع در اینجا نقش لایه شارژ کننده را ایفا می‌کنند. لایه دوم از مولکول‌های یک ماده شیمیایی حساس به نور به نام پالادیوم تترافنیل ‌پور فیرین راه اندازی شده است که انرژی را جذب می‌کند.

این ماده در وضعیتی به نام «حالت سه‌گانه کم‌انرژی» یا Low-energy Triplet State قرار دارد؛ وضعیتی که در آن دو الکترون از سه الکترون آن در یک جهت می‌چرخند. این کار علتایجاد ارامش کافی برای ذخیره انرژی به زمان طویل‌تر و در مقیاس کوانتومی می‌شود. Tibben می‌گوید که به طور نظری توانایی رسیدن به ذخیره انرژی در یک ثانیه‌، مستقیماً به همین حالت سه‌گانه وابسته است. او می‌افزاید: «این مطالعه مشخص می کند که می‌توانیم سیستم‌های شیمیایی فرد دیگر را در این نوع باتری‌ها به کار بگیریم و علتتعامل آن‌ها با پولاریتون‌ها شویم. این یک فهمیدن تازه است».

این تحقیق صورت گرفته توسط محققان استرالیایی در واقع ادامه پژوهشی است که برای نخستین بار در سال ۲۰۲۲ انجام گرفت. در این سال اشکار شد که باتری‌های کوانتومی می‌توانند کار کنند و می‌توان انرژی را در این حالات مولکولی گوناگون ذخیره کرد. مشکل اساسی باتری ساخته شده در این مطرح این می بود که باتری با همان سرعتی که شارژ می‌شد، تخلیه هم می‌شد که منفعت گیری از انرژی ذخیره شده در آن را ناممکن می‌کرد.

پروفسور دنیل گومز، فیزیکدان شیمیایی دانشگاه RMIT و دیگر محقق این مطرح پژوهشی، می‌گوید اراعه یک باتری کوانتومی واقعی برای دستگاه‌هایی همانند حسگرها یا ساعت‌ها تا این مدت به زمان بسیاری نیاز دارد. او در مصاحبه‌ای اظهار کرده است: «امیدواریم روزی بتوان از باتری‌های کوانتومی برای بهبود کارایی سلول‌های خورشیدی و فراهم انرژی دستگاه‌های الکترونیکی کوچک منفعت گیری کرد».